超聲波促進(jìn)氣體滲流的實(shí)驗(yàn)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及煤層氣勘探與開發(fā)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種超聲波促進(jìn)氣體滲流的實(shí)驗(yàn)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]目前傳統(tǒng)的煤層氣開發(fā)技術(shù)主要為水力壓裂技術(shù)，但由于我國復(fù)雜的地質(zhì)條件導(dǎo)致煤層氣單井產(chǎn)量不高，煤層氣開發(fā)技術(shù)與煤儲(chǔ)層地質(zhì)條件不相適應(yīng)。同時(shí)，壓裂液等注入煤層對煤儲(chǔ)層造成永久性傷害，也是煤層氣單井產(chǎn)量較低的重要原因。因此，發(fā)展新型開發(fā)技術(shù)手段成為突破煤層氣開發(fā)“瓶頸”的又一發(fā)展方向。我國煤儲(chǔ)層滲透率低，煤層氣運(yùn)移產(chǎn)出過程相對困難，煤粉、地應(yīng)力等問題甚至導(dǎo)致煤孔裂隙堵塞，阻礙了氣體滲流。
[0003]煤層氣滲流方面的研宄已相對成熟，尤其對于克氏滲透率等的測試更為普遍。滲透率是提高煤層氣產(chǎn)量的關(guān)鍵因素，工程上提高滲透率的手段包括人工造縫、表面活性劑、多元?dú)怏w驅(qū)替等，這些技術(shù)手段都可能對煤儲(chǔ)層造成一定的傷害，或?qū)γ旱V開采帶來一定的安全隱患。
[0004]超聲波技術(shù)振動(dòng)頻率高，不向煤儲(chǔ)層注入任何物質(zhì)，具有成本低、無污染、操作簡單的特點(diǎn)。超聲波技術(shù)在油井中已經(jīng)得到了探索性應(yīng)用，利用其機(jī)械振動(dòng)效應(yīng)、熱效應(yīng)等可以提高儲(chǔ)層滲透率，進(jìn)而達(dá)到提高產(chǎn)量的目的。在煤層氣領(lǐng)域，超聲波技術(shù)也已經(jīng)展開了探索性試驗(yàn)，認(rèn)為超聲波對煤層氣具有解吸、增滲的效果。但目前沒有較為完善的實(shí)驗(yàn)裝置可以深入分析超聲波技術(shù)改善煤儲(chǔ)層條件的機(jī)理，制約了超聲波技術(shù)在煤層氣井中的應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種超聲波促進(jìn)氣體滲流的實(shí)驗(yàn)裝置，其可以模擬原始地層三軸應(yīng)力場、溫度等條件，能改變超聲波作用方向、分離超聲波機(jī)械振動(dòng)和熱效應(yīng)等作用形式，旨在模擬原始地層條件下不同方向、作用形式的超聲波對煤層氣滲流的促進(jìn)效果，以深化其作用機(jī)理。
[0006]本發(fā)明的上述目的可采用下列技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):一種超聲波促進(jìn)氣體滲流的實(shí)驗(yàn)裝置，包括用于放置巖心的巖心夾持器、為巖心夾持器提供恒溫條件的恒溫調(diào)控模塊、為巖心夾持器中巖心提供軸壓和圍壓的軸壓、圍壓模塊；所述巖心夾持器中巖心一端連接有提供氣體滲流的集氣與增壓模塊，巖心另一端連接有抽真空模塊；在巖心夾持器周圍布置有超聲波加載模塊，巖心夾持器連接有振動(dòng)檢測模塊；所述實(shí)驗(yàn)裝置還包括采集巖心軸壓、圍壓和氣體入口壓力與速度的計(jì)量與數(shù)據(jù)采集模塊。
[0007]其進(jìn)一步是:所述巖心是柱狀巖心；所述巖心夾持器包括缸體和位于缸體內(nèi)用于放置柱狀巖心的膠筒，膠筒周圍和缸體之間是圍壓壓力腔；所述缸體一端固定有止動(dòng)柱塞，止動(dòng)柱塞一端配合插入膠筒一端；所述缸體另一端固定有軸壓壓力腔和穿過軸壓壓力腔的活動(dòng)柱塞，活動(dòng)柱塞一端配合插入膠筒的另一端，活動(dòng)柱塞上設(shè)有將軸壓壓力腔分割成兩部分的擋翅。
[0008]所述軸壓、圍壓模塊包括手搖泵I ;所述手搖泵I出氣口連接有閥門a和閥門b，閥門a連接至軸壓壓力腔，閥門b連接至圍壓壓力腔；在所述閥門a至軸壓壓力腔之間安裝有放空閥a，在所述閥門b至圍壓壓力腔之間安裝有放空閥b。
[0009]所述集氣與增壓模塊包括集氣瓶，集氣瓶通過減壓閥連接有增壓容器，增壓容器連接至活動(dòng)柱塞，活動(dòng)柱塞上開有連通增壓容器至巖心端部的氣體通道；所述增壓容器至活動(dòng)柱塞之間安裝有放空閥d ;所述增壓容器連接有手搖泵II。
[0010]所述抽真空模塊包括真空泵，真空泵連接有緩沖罐、負(fù)壓表，然后通過放空閥c和閥門C連接至止動(dòng)柱塞，止動(dòng)柱塞上開有連通閥門c至巖心端部的氣體通道。
[0011]所述恒溫調(diào)控模塊包括封閉恒溫箱、水浴恒溫箱和連接封閉恒溫箱和水浴恒溫箱的循環(huán)導(dǎo)管；所述水浴恒溫箱內(nèi)放置巖心夾持器。
[0012]所述超聲波加載模塊包括超聲波發(fā)生器、多個(gè)超聲波換能器和連接在超聲波發(fā)生器和超聲波換能器之間的線路開關(guān)；所述多個(gè)超聲波換能器等距布置在水浴恒溫箱底部、左側(cè)面、右側(cè)面的外表面。
[0013]所述振動(dòng)檢測模塊包括示波器及貼在巖心周面的應(yīng)變片，所述止動(dòng)柱塞內(nèi)安裝有連接示波器和貼在巖心周面的應(yīng)變片的導(dǎo)線。
[0014]所述計(jì)量與數(shù)據(jù)采集模塊包括分別檢測集氣與增壓模塊的氣體入口壓力、氣體滲流速度的壓力傳感器a、流量計(jì)；還包括檢測軸壓、圍壓模塊流體(氣相或液相)的壓力傳感器b0
[0015]本發(fā)明提供的超聲波促進(jìn)氣體滲流的實(shí)驗(yàn)裝置具有如下優(yōu)點(diǎn):
模擬原始地層壓力、溫度條件；通過圍壓、軸壓模塊模擬一系列煤巖三軸應(yīng)力狀態(tài)的滲流特征以及超聲波對其的影響規(guī)律；通過恒溫循環(huán)系統(tǒng)模擬響應(yīng)的地層溫度。
[0016]分離超聲波機(jī)械振動(dòng)效應(yīng)和熱效應(yīng)；通過水浴恒溫循環(huán)系統(tǒng)可以抵消超聲波熱效應(yīng)的影響，進(jìn)而利用振動(dòng)檢測模塊僅分析振動(dòng)對氣體滲流的影響規(guī)律；關(guān)閉水浴恒溫系統(tǒng)，通過監(jiān)測超聲波熱效應(yīng)對溫度的提高效果，進(jìn)而采用水浴恒溫系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的模擬，從而達(dá)到分離機(jī)械振動(dòng)效應(yīng)與熱效應(yīng)的目的。
[0017]提供三個(gè)方向的超聲波作用；超聲波頻率高、方向性強(qiáng)，所以超聲波作用方向?qū)怏w滲流具有不同的影響規(guī)律；通過布置三個(gè)方向的超聲波換能器，調(diào)節(jié)三個(gè)方向的線路開關(guān)，實(shí)現(xiàn)不同方向的超聲波場的影響。
[0018]提供不同頻率、功率的超聲波加載條件；通過調(diào)節(jié)超聲波發(fā)生裝置，改變超聲波的作用頻率和作用功率，進(jìn)而為氣體滲流對超聲波的敏感性研宄奠定實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。
[0019]超聲波作用形式分離，提供不同超聲波作用方向，提供不同超聲波加載頻率和功率的方法和精神同樣可在超聲波加載下煤層氣解吸實(shí)驗(yàn)裝置中得到應(yīng)用。
[0020]本發(fā)明能分析不同方向的超聲波對煤層氣滲流的作用效果，同時(shí)可以分離超聲波機(jī)械作用、熱效應(yīng)，進(jìn)行單因素分析超聲波對煤層氣增滲的機(jī)理，對超聲波現(xiàn)場應(yīng)用提供更有利的依據(jù)，優(yōu)化煤層氣開發(fā)技術(shù)手段，獲取更大采收率。
【附圖說明】
[0021]圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的超聲波促進(jìn)氣體滲流的實(shí)驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)框圖；
圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種超聲波促進(jìn)氣體滲流的實(shí)驗(yàn)裝置。
[0022]圖中:1、集氣瓶；2、減壓閥；3、增壓容器；4、手搖泵II ;5、放空閥d;6、壓力傳感器a ;7、缸體；8、手搖泵II ;9、軸壓壓力腔；10、左端蓋；11、止動(dòng)柱塞；12、右端蓋；13、墊片；14、膠筒；15、圍壓壓力腔；16、柱狀巖心；17、支架；18、壓蓋；19、循環(huán)導(dǎo)管；20、示波器；21、手搖泵I ;22、壓力傳感器b ;23、閥門a ;24、放空閥a ;25、閥門b ;26、放空閥b ;27、超聲波換能器；28、超聲波發(fā)生器；29、線路開關(guān)；30、封閉恒溫箱；31、真空泵；32、緩沖罐；33、閥門c ;34、放空閥c ;35、流量計(jì)；36、閥門d ;37、負(fù)壓表；38、水浴恒溫箱。
【具體實(shí)施方式】
[0023]如圖1所示，一種超聲波促進(jìn)氣體滲流的實(shí)驗(yàn)裝置，巖心夾持器用于放置巖心；恒溫調(diào)控模塊為巖心夾持器提供恒溫條件，同時(shí)也可對巖心夾持器提供一個(gè)按預(yù)定溫度變化的條件；集氣與增壓模塊連通至巖心夾持器中巖心一端，巖心另一端連通抽真空模塊；在巖心夾持器周圍布置有超聲波加載模塊，巖心夾持器連接有振動(dòng)檢測模塊；計(jì)量與數(shù)據(jù)采集模塊用于采集巖心軸壓、圍壓和氣體入口壓力與速度。
[0024]以下結(jié)合圖1和圖2對本發(fā)明實(shí)施例提出的超聲波促進(jìn)氣體滲流的實(shí)驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)作進(jìn)一步說明。
[0025]巖心夾持器:包括缸體7、活動(dòng)柱塞8、軸壓壓力腔9、左端蓋10、止動(dòng)柱塞11、右端蓋12、墊片13、膠筒14 ;缸體7下固定有支架17。膠筒14位于缸體7內(nèi)，柱狀巖心16放置在膠筒14內(nèi)，膠筒14與缸體7所圍的環(huán)形空間為環(huán)形圍壓壓力腔15 ;止動(dòng)柱塞11通過右端蓋12與缸體右擋翅固定，止動(dòng)柱塞11與缸體7徑向接觸部位由O型密封圈密封，止動(dòng)柱塞11的內(nèi)端配合插入膠筒14，右端蓋12與缸體7螺紋連接；止動(dòng)柱塞11內(nèi)開有連通止動(dòng)柱塞11內(nèi)端和外端的氣體流出通道和應(yīng)變片連接線路；在膠筒14內(nèi)、柱狀巖心16和止動(dòng)柱塞11內(nèi)端面之間設(shè)有墊片13，墊片13用于彌補(bǔ)巖心過短的缺陷；軸壓壓力腔9置于缸體7左端，通過左端蓋10與缸體7左擋翅固定，軸壓壓力腔9端部與缸體7徑向接觸部位由O型密封圈密封，左端蓋10與缸體7為螺紋連接，可保證安全可靠性；活動(dòng)柱塞8置于軸壓壓力腔9中，并以膠圈密封，活動(dòng)柱塞8擋翅將軸壓壓力腔9分割為左右兩部分，活動(dòng)柱塞8內(nèi)端配合插入膠筒14，活動(dòng)柱塞8上開有連通活動(dòng)柱塞8內(nèi)端和外端的進(jìn)氣通道。巖心夾持器用于固定巖心，是模擬氣體滲流運(yùn)移的場所。
[0026]集氣及增壓模塊:集氣瓶I通過減壓閥2連接至活動(dòng)柱塞8進(jìn)氣通道；在減壓閥2后的管路上連接有增壓容器3，增壓容器3連接一個(gè)手搖泵II 4 ;在增壓容器3后的管路上連接有放空閥d5 ;在集氣瓶壓力可滿足壓力要求的情況下，增壓容器3起到緩沖壓力的作用；在集氣瓶壓力不足時(shí)，可利用手搖泵4向增壓容器3泵入壓力，使壓力升高。卸壓則打開放空閥5。集氣與增壓模塊為氣體滲流提供入口壓力，壓力可超過集氣瓶壓力。
[0027]軸壓、圍壓模塊:手搖泵I 21出氣口連接有閥門a23和閥門b25，閥門a23連接至軸壓壓力腔9，閥門b25連接至圍壓壓力腔15 ;在閥門a23至軸壓壓力腔9之間安裝有放空閥a24，在閥門b25至圍壓壓力腔15之間安裝有放空閥b26 ;在手搖泵I 21出氣口連接壓力傳感器b22，分別監(jiān)測增壓過程中圍壓和軸壓壓力。具體操作為，打開閥門b25，關(guān)閉放空閥b26、閥門a23、放空閥a24，通過手搖泵I 21泵入壓力值為設(shè)定值，關(guān)閉閥門b25 ;打開閥門a23，檢查放空閥a24關(guān)緊，通過手搖泵I 21泵入設(shè)定壓力值。卸壓過程，首先打開放空閥d5解除氣體入口壓力，然后打開放空閥a24解除軸壓壓力，最后打開放空閥b26解除圍壓壓力。軸壓、圍壓模塊通過注入流體向巖心夾持器提供壓力，模擬原始地層壓力。
[0028]抽真空模塊:真空泵31連接緩沖罐32，緩沖罐32上安裝負(fù)壓表37，緩沖罐32通過放空閥c34和閥門c33連接至止動(dòng)柱塞11的氣體流出通道；抽真空模塊將巖心夾持器內(nèi)柱狀巖心16進(jìn)行抽真空，以保證實(shí)驗(yàn)氣體與煤巖充分接觸，保證實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。緩沖罐32的作用一方面可防止抽真空過程中巖心夾持器內(nèi)雜質(zhì)進(jìn)入真空泵31，對其造成損壞；另一方面防止突然停泵時(shí)泵內(nèi)機(jī)油返入巖心夾持器污染巖心及導(dǎo)管。負(fù)壓表37可監(jiān)測抽真空狀態(tài)。抽真空